MLCC高壓貼片電容的質(zhì)量控制和MLCC的失效分析
無源元件(passive component) 在電子產(chǎn)品中占有十分重要的地位。雖然很多無源元件在整個電子產(chǎn)品中所占的物料價值并不高，但任何一個微不足道的元器件的失效都可能導(dǎo)致整個系統(tǒng)的失效。一般電子產(chǎn)品中有源元器件(IC)和無源元件的比例約為1：10-20。從該數(shù)據(jù)可以看出無源元件質(zhì)量控制的重要性。

無源元件的類型很多，多層陶瓷電容器(MLCC)是其中最重要，也是用量最大的產(chǎn)品之一。MLCC的典型結(jié)構(gòu)中導(dǎo)體一般為Ag或AgPd，陶瓷介質(zhì)一般為(SrBa)TiO3， 多層陶瓷結(jié)構(gòu)通過高溫?zé)Y(jié)而成。器件端頭鍍層一般為燒結(jié)Ag/AgPd，然后制備一層Ni阻擋層(以阻擋內(nèi)部Ag/AgPd材料，防止其和外部Sn發(fā)生反應(yīng))，再在Ni層上制備Sn或SnPb層用以焊接。近年來，也出現(xiàn)了端頭使用Cu的MLCC產(chǎn)品。

MLCC的分類
根據(jù)MLCC的電容數(shù)值及穩(wěn)定性，MLCC劃分出NP1、COG、 X7R、 Z5U等。根據(jù)MLCC的尺寸大小，可以分為1206，0805，0603，0402，0201等。

多層陶瓷電容器(MLCC)本身的內(nèi)在可靠性十分優(yōu)良，可以長時間穩(wěn)定使用。但如果器件本身存在缺陷或在組裝過程中引入缺陷，則會對其可靠性產(chǎn)生嚴重影響。
造成MLCC缺陷的內(nèi)在因素

1.陶瓷介質(zhì)內(nèi)空洞 (Voids)
導(dǎo)致空洞產(chǎn)生的主要因素為陶瓷粉料內(nèi)的有機或無機污染，燒結(jié)過程控制不當?shù)取？斩吹漠a(chǎn)生極易導(dǎo)致漏電，而漏電又導(dǎo)致器件內(nèi)部局部發(fā)熱，進一步降低陶瓷介質(zhì)的絕緣性能從而導(dǎo)致漏電增加。該過程循環(huán)發(fā)生，不斷惡化，嚴重時導(dǎo)致多層陶瓷電容器開裂、爆炸，甚至燃燒等嚴重后果。

2.燒結(jié)裂紋 (firing crack)燒結(jié)裂紋常起源于一端電極，沿垂直方向擴展。主要原因與燒結(jié)過程中的冷卻速度有關(guān)，裂紋和危害與空洞相仿。

3.分層 (delamination)

多層陶瓷電容器的燒結(jié)為多層材料堆疊共燒。燒結(jié)溫度可以高達1000℃以上。層間結(jié)合力不強，燒結(jié)過程中內(nèi)部污染物揮發(fā)，燒結(jié)工藝控制不當都可能導(dǎo)致分層的發(fā)生。分層和空洞、裂紋的危害相仿，為重要的多層陶瓷電容器內(nèi)在缺陷。

1.溫度沖擊裂紋(thermal crack)

主要由于器件在焊接特別是波峰焊時承受溫度沖擊所致，不當返修也是導(dǎo)致溫度沖擊裂紋的重要原因。

多層陶瓷電容器的特點是能夠承受較大的壓應(yīng)力，但抵抗彎曲能力比較差。器件組裝過程中任何可能產(chǎn)生彎曲變形的操作都可能導(dǎo)致器件開裂。常見應(yīng)力源有：貼片對中，工藝過程中電路板操作；流轉(zhuǎn)過程中的人、設(shè)備、重力等因素；通孔元器件插入；電路測試、單板分割；電路板安裝；電路板定位鉚接；螺絲安裝等。該類裂紋一般起源于器件上下金屬化端，沿45℃角向器件內(nèi)部擴展。該類缺陷也是實際發(fā)生最多的一種類型缺陷。

(片式多層陶瓷電容器，獨石電容，片式電容，貼片電容或片容) MLCC器件的失效分析方法

掃描超聲分析：

掃描超聲方法是分析多層陶瓷電容器的最重要的無損檢測方法。可以十分有效地探測空洞、分層和水平裂紋。由于超聲的分析原理主要是平面反射，因而對垂直裂紋如絕大多數(shù)的燒結(jié)裂紋、垂直分量較大的彎曲裂紋的分辨能力不強。同時一般多層陶瓷電容器的檢測需要較高的超聲頻率。

甲醇檢漏法：
對于嚴重的分層或開裂，可以使用甲醇檢漏法，即將失效器件浸入甲醇溶液中。由于甲醇為極性分子，且具有很強的滲透力，因而可以通過毛細管作用滲透進入嚴重分層或開裂部位。加電后產(chǎn)生很大的漏電流，從而可幫助診斷。

金相剖面法：
金相剖面既是最經(jīng)典，同時也是最有效的陶瓷電容器的失效分析方法。其優(yōu)點是通過剖面及相應(yīng)的光學(xué)或掃描電子顯微鏡檢測，可以得到失效部位的成分、形貌等精細結(jié)構(gòu)，從而幫助失效機理的分析。但其缺點是制備比較復(fù)雜，對制備技術(shù)要求比較高，同時為破壞性檢測手段。圖3－5 為金相剖面分析多層陶瓷電容器的失效的典型案例。

(片式多層陶瓷電容器，獨石電容，片式電容，貼片電容或片容) MLCC的質(zhì)量控制
多層陶瓷電容器的特點是在沒有內(nèi)在缺陷并且組裝過程也未引入其它缺陷的前提下，可靠性優(yōu)越。但是如果存在缺陷，則無論是內(nèi)在的還是外在的都可能對器件可靠性產(chǎn)生嚴重影響。同時組裝后的陶瓷電容器潛在缺陷很難通過無損、在線檢測等發(fā)現(xiàn)，因而多層陶瓷電容器的質(zhì)量控制主要必須通過預(yù)防性措施解決。常見預(yù)防措施包括：

1.對供應(yīng)商進行認真選擇、對其產(chǎn)品進行定期抽樣檢測等。

2.對組裝工藝中所有可能導(dǎo)致熱應(yīng)力、機械應(yīng)力的操作進行認真的分析及有效的控制。

考慮到多層陶瓷電容器的特點，對器件進行的檢測可以主要包括：

1.結(jié)構(gòu)分析： 即采用金相剖面手段抽檢樣品。可以對器件產(chǎn)生的制造水平，內(nèi)在缺陷等有一全面了解。

2.掃描超聲分析 ： 可以十分有效地探測空洞、分層、水平裂紋等缺陷耐溫度試驗考察高溫及溫度沖擊可能帶來的器件開裂、Ag/Pd層外露等缺陷。彎曲試驗： 按照相關(guān)標準將器件組裝在規(guī)定的印刷電路板上，進行彎曲試驗，以考察器件抗彎曲能力。當然陶瓷電容器還有很多其它檢測指標，可根據(jù)具體情況增加或減少檢查項目，以達到用最低的成本達到最有效的控制。

組裝工藝中主要考察及控制項目：

1.回流或波峰焊溫度曲線，一般器件工藝商都會提供相關(guān)的建議曲線。通過組裝良品率的積累和分析，可以得到優(yōu)化的溫度曲線。

2.在組裝工藝中印刷線路板操作和流轉(zhuǎn)過程中特別是手工插件、鉚釘連接、手工切割等工藝需要特別加以注意。必要時甚至需要對產(chǎn)品設(shè)計進行修改，以最大限度地使多層陶瓷電容器避開在工藝過程中可能產(chǎn)生較大機械應(yīng)力的區(qū)域。
3.檢查組裝過程中的電檢測 ICT工藝，必須注意盡量減小測試點機械接觸所帶來的機械應(yīng)力。

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